7.3防水煤柱留设
7.3防水煤柱留设
7.3防水煤柱留设7.3.1断层防水煤柱留设因本矿井3号煤层开采时断层、陷落柱是奥陶灰突水的重要通道。
因此，必须对导水断层留设防水煤柱，防水煤柱的留设方法可依据《煤矿防治水规定》附录三的公式计算，本矿区含水或导水断层防隔水煤柱的留设方案如下：由于本井内没有发现较大的断层，因此，本报告只考虑小断层的煤柱留设情况。
当断层落差小于隔水层厚度（取3号煤层的99.09m ）时，含水或导水断层防隔水煤柱的留设参照经验公式计算： L=0.5KM P3K P ≥20m (7-1) H a =ST P +10,L= αsin a H ≥20m (7-2) 式中：L —防隔水层煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —煤层厚度或采高，m ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；H a —导水裂隙带至含水层防水岩柱的厚度，m ；α—断层倾角，（°）经以上公式（7-1）和（7-2）计算，所得结果取较大值为留设的防水煤柱宽度。
今后如在地质勘探和采掘活动后，发现有新的断层，矿方应按照以上计算方法自行计算断层防水煤柱的宽度；对落差小于5m的断层应在探明去其导水性后，再确定是否留设防水煤柱或采取注浆加固措施。
7.3.2陷落柱保护煤柱留设目前本矿井内尚未发现陷落柱，但不排除存在隐伏陷落柱的可能。
陷落柱是奥灰突水的主要通道，为防止陷落柱突水事故，确保矿井安全生产，对导水陷落柱必须留设防水煤柱。
现分述如下：①导水陷落柱对于一些导水陷落柱，如果所处的位置对回采影响不大，可以只留设保护煤柱而不封堵。
这类落陷柱突水隐患很大，留设防水煤柱时一定要考虑其特征，做到万无一失。
首先，必须查明有无与陷落柱连通的导水断层。
如果存在断层，即使断层距很小，也会作为突水通道将陷落柱内的水导入矿井，从而导致断层突水事态扩大。
即使没有人为干扰的情况，突水通道也会在高压水作用下发生冲刷或扩容，随时有增大涌水、发生灾害的可能。
保护煤柱留设标准
井田边界煤柱：30m；阶段煤柱：斜长为60m，若在两阶段留设，则上下阶段各留30m；井田浅部防水煤柱：斜长为50m；断层煤柱：每侧各为20m；工业广场煤柱：根据工业广场占地面积，按几何作图法确定；斜井井筒保护煤柱：两井中间为30m，两侧各为30m；煤层大巷护巷煤柱：对近水平煤层，运输大巷与回风大巷布置在开采水平时，两巷水平间距为20m，垂距为10m，回风大巷上方留斜长为20m的煤柱采区边界煤柱：20m；采区煤层上山：两巷中间为20m，两侧各为20m;区段煤柱：斜长10m；矿井煤柱留设煤矿开采中，确定合理的煤柱尺寸，其影响因素是煤层所受压力以及煤体强度。
通常，煤层埋藏深度和厚度较大、围岩较软时，煤柱承受的压力就较大。
煤柱强度主要取决于煤层的物理力学性质，并与煤柱的形状尺寸、巷道的服务年限及巷道支护情况有关。
目前，尚无计算煤柱尺寸的可靠方法，主要依靠现场实际经验确定。
井田边界煤柱：30m；阶段煤柱：斜长为60m，若在两阶段留设，则上下阶段各留30m；井田浅部防水煤柱：斜长为50m；断层煤柱：断层煤柱的尺寸取决于断层的断距、性质、含水情况，落差很大的断层，断层一侧的煤柱宽度不小于30m；落差较大的断层，断层一的煤柱宽度一般为10~15m；落差较小的断层通常可以不留设断层煤柱。
工业广场煤柱：根据工业广场占地面积，按几何作图法确定；斜井井筒保护煤柱：两井中间为30m，两侧各为30m；煤层大巷护巷煤柱：对近水平煤层，运输大巷与回风大巷布置在开采水平时，两巷水平间距为20m，垂距为10m，回风大巷上方留斜长为20m的煤柱采区边界煤柱：采区边界煤柱的作用是：将两个相邻采区隔开，防止万一发生火灾、水害和瓦斯涌出时相互蔓延；避免从采空区大量漏风，影响正在生产的采区风量。
一般取10m；采区煤层上山：两巷中间为20m，两侧各为20m;区段煤柱：斜长10m；1、采区上（下）山间的煤柱宽度（沿走向）：对薄及中厚煤层为20m；对厚煤层为20～30m。
矿井防水煤(岩)柱的留设原则
矿井防水煤（岩）柱的留设原则
1、在有突水威胁的地区采掘时，必须留设防水煤（岩）柱。
2、防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度，以提高资源回收率。
3、留设防水煤（岩）柱应与矿井地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。
4、各煤层的防水煤（岩）柱必须统一考虑确定，以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤（岩）柱，致使整个防水煤柱失效。
5、在同一地点有两种或两种以上留设煤（岩）柱的条件时，留设的煤（岩）柱必须满足各个留设煤（岩）柱的条件。
6、对防水留设煤（岩）柱的维护要特别严格，因为煤（岩）柱的任何一处被破坏，必将造成整个煤（岩）柱无效。
防水煤（岩）柱一经留设便不得破坏，巷道穿过煤柱时，必须采取加固巷道、修建防水闸门和其它防水设施，保护煤（岩）柱的完整性。
7、防水煤（岩）柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。
8、严禁在各种防水煤柱中进行采掘作业。
防水煤柱留设设计
贵州赤天化能源有限责任公司桐梓县花秋镇花秋二矿防隔水煤（岩）柱留设设计编制单位：地测部编制日期：2018年11月8日会审表桐梓县花秋二矿防隔水煤（岩）柱留设设计为进一步加强矿井防隔水煤（岩）柱的管理，夯实矿井安全生产，使各项规程、安全防隔水煤（岩）柱的措施既有现场施工、作业针对性，又具有科学实用、可操作及规范延续性，使其更好地指导作业现场，更好地服务于矿井安全生产，特制定防隔水煤（岩）柱设计，望各相关单位严格遵照执行：一、防隔水煤（岩）柱的确定在受水害威胁的地方，预留一定宽度和高度的煤层不采，使工作面和水体保持一定的距离，以防止地下水或其它水源溃入工作面，所留的煤（岩）柱就叫防水煤（岩）柱。
㈠防水煤（岩）柱的种类根据防水煤（岩）柱所处的位置，可以分成不同的种类。
根据该矿井的实际情况，需留设以下防水煤（岩）柱：1、断层防水煤（岩）柱在导水或含水断层两侧，为防止断层水溃入井下而留设的煤柱；当断层使煤层与强含水层接触或接近时，为防止含水层溃入井下而留设的煤柱。
2、导水钻孔防水煤柱勘探阶段施工的钻孔，往往能贯穿若干含水层，若封孔质量不好，则人为地沟通了本来没有水力联系的含水层，使煤层开采的充水条件复杂化，为防止上覆含水层中的水溃入井下而留设的煤柱称为钻孔防水煤柱。
3、相邻水平或采区边界防水煤（岩）柱。
相邻水平或采区边界防水煤(岩)柱主要是防止相邻水平、采区的积水进入本区而留设的保护煤柱。
4、矿井边界煤（岩）柱。
矿井边界防水煤(岩)柱主要是防止相邻矿井的积水进入本矿井而留设的保护煤柱。
5、老窑积水区防水煤（岩）柱。
老窑积水区防水煤(岩)柱主要是防止老窑、采空区的积水进入本区而留设的保护煤柱。
㈡防水煤（岩）柱的留设1、断层防水煤（岩）柱的留设断层破坏了岩层的完整性，常常成为含水层间的联系通道。
断层的某一区段是否导水，导水性强弱等情况取决于两侧岩层的接触关系、含水层的水压以及采矿活动对断层的重复破坏作用。
因此，在没有掌握断层各区段的导水性时，应把整个断层作为导水断层对待。
防隔水煤柱留设规定
防隔水煤柱留设规定隔水煤柱是煤矿安全生产中的紧要设施，用于减小采空区域的面积，支撑地层，稳定采空区域，并防止地面塌陷。
隔水煤柱的留设规定是指在隔水煤柱的设计、选择、布设、稳定、监测等方面的一系列规定和引导。
本文将防隔水煤柱留设规定划分为设计规定、工程实施规定、监测规定、维护保养规定四个方面进行详述。
一、设计规定1.煤柱尺寸的设计。
煤柱所需的规模和尺寸应当认真计算和掌控，应依据煤柱所处地层的性质、煤层赋存规律，还应依据煤柱所处地质地貌、开采方式等因素定量确定其大小。
同时应当依据不同地质条件、地质地貌、开采方式，进行煤柱的强度设计和稳定评估。
2.煤柱材料的选择。
煤柱材料的选择应依据地质条件、地质地貌、开采方式、煤层类型等多种因素合理选择。
应当选择凭借良好机械性能的天然岩石，由于它具有良好的刚性和完美的稳定性。
选用材料应具有良好的耐水性和耐腐蚀性，能够在地下水和酸性环境中长期稳定，避开败坏。
3.煤柱留设密度与间距的掌控。
煤柱应依据煤层稳定性和煤柱的载荷特性，尽可能实现最大限度的留设密度，缩短煤柱间距，防止采空区域开裂、变形，从而使煤柱稳定。
但是，当煤矿埋深较大或其特定地质条件不同时，煤柱的留设密度需相应减小，以确保煤矿的稳定性。
二、工程实施规定1.煤柱安装的工艺。
安装煤柱应尽可能削减对地下扰动和对原生地层的破坏，在遵守安全规定和环保要求的情况下，应运用多种安装工艺，如吊装、支架、顶板修筑等。
在安装煤柱的工艺过程中，应注意防止煤柱的损坏和质量问题。
2.施工现场应急预案。
在煤柱的施工过程中，可能会显现多种突发情况，这些情况有可能会对施工安全和质量造成影响，因此，必需订立完善的应急预案，在紧急情况下实行措施紧急处理事态，保障煤矿的生产安全。
三、监测规定1.煤柱稳定性监测。
在煤柱留设后，应用科学技术对其进行稳定性监测，如使用应变测量装置、应力计、震动计等工具对煤柱进行长期监测和数据记录，依据实际情况适时调整煤柱的设计和留设标准。
矿防水煤柱留设
双鸭山市衡源煤矿防隔水煤柱留设设计方案矿长：总工程师：编制：矿审批意见双鸭山市衡源煤矿关于防隔水煤〔岩〕柱留设设计方案的通知矿属各单位：根据防治水管理规定要求及井田煤层赋存条件和水文地质条件，矿井在开拓开采过程中应采取防治水平安保证措施，确保矿井平安生产特拟普盛煤矿防隔水煤岩柱留设方案，经矿组织审查同意，请矿属各单位严格按本方案执行。
附：防隔水煤岩柱留设设计方案防隔水煤岩柱留设根据防治水管理规定要求及井田煤层赋存条件和水文地质条件，矿井在开拓开采过程中应采取防治水平安保证措施，确保矿井平安生产特拟以下留设方案：一、矿井开拓、开采所采取的平安保证措施根据井田煤层赋存条件和水文地质条件，矿井开拓开采主要采取以下平安保证措施：1、针对煤层浅部老窑、相邻煤矿采空区较多的特点，在技术部门所做工作的根底上，矿井生产单位必须查清老空区分布范围，矿井开采受水害威胁的地段，留设平安煤柱。
使工作面和水体保持一定的距离，以防止地下水或其他水源溃入工作面，保证边界煤柱的宽度。
2、按?煤矿平安规程?规定留设防水煤柱。
对于断层，特别是造成煤系地层及含水层对盘或接近的断层，留设足够的断层防水煤柱；露头附近和河流留设防水煤岩柱；制止巷道进入防水煤柱。
3、配备足够数量的探放水及注浆堵水设备。
4、留设井田边界煤柱和采区隔离煤柱。
5、对可疑断层及因采动影响而可能导水的断层留设断层防水煤柱。
6、矿井必须设排水泵房、水仓、水沟、排水管路等排水系统，并保证足够的排水能力。
7、对巷道开拓及回采所可能遇到的断层、含水层提前进展探放水，查明断层的水文地质要素，据此经技术经济比拟采取留设防水煤柱、注浆堵水、疏放等措施。
8、对未封闭好的钻孔根据具体情况采取重封、留设防水煤柱、探放钻孔水等措施。
9、对于影响采掘的老空水采取探放的措施。
10、对主要含水层建立地下水动态观察系统，进展地下水动态观测、水害预报，并制定相应的“探、防、堵、截、排〞综合防治措施。
各类防隔水煤(岩)柱的留设
各类防隔水煤（岩）柱的留设一、煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按以下公式计算： 1、煤层露头无覆盖或被粘土类微透水松散层覆盖时： Ｈ防=Ｈ冒+Ｈ保2、煤层露头被松散富含水层覆盖时（见附图7-1）： Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保根据上两式计算的值，不得小于20m 。
式中冒高（H 冒）、裂高（H 裂）的计算参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定。
式中：H 防-----防隔水煤（岩）柱高度（m ）； H 冒-----采后冒落带高度（m ）；H 裂-----垂直煤层的导水裂隙带最大高度（m ）； H 保-----保护层厚度（m ）； α------煤层倾角（°）。
附图 6-1附图7-1二、含水或导水断层防隔水煤柱的留设（附图7-2）可参照以下经验公式计算：0.5L 20m 式中：L----煤柱留设的宽度（m ） K----安全系数（一般取2-5）； M-----煤层厚度或采高（m ）； P-----水头压力（kgf/cm 2）； K P ----煤的抗张强度（kgf/cm 2）。
附图 8-2附图7-2三、煤层与强含水层或导水断层接触，并局部被覆盖时（附图7-3），防水煤柱的留设：（b）附图8-3（c）（a）附图7-31.当含水层顶面高于最高导水裂隙带上限时，防水煤柱可按附图7-3a、b留设。
计算公式为：123cosL L L L H H ctg H ctgθθα=++=++安裂裂2.最高裂隙带上限高于断层上盘含水层时，防水煤柱按附图7-3c留设。
计算公式为：()()() 123sin cos cosL L L L H ctg H M ctg ctgααθαθα=++=-++⋅+安安≥20m以上两式中：L-----防隔水煤（岩）柱宽度（m）,L1、L2、L3为分段宽度；H裂-----最大导水裂隙带高度（m）；θ----断层倾角（°）；α ----岩层塌陷角（°）；M-----断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度（m）；H安----导水裂隙带至含水层间防水岩柱的厚度（m）。
峰峰矿区煤层开采防水煤柱计算留设方法
峰峰矿区煤层开采防隔水煤（岩）柱计算留设方法冀中能源峰峰集团科技发展部关永强前言安全技术措施是指运用工程技术手段消除物的不安全因素，实现生产工艺和机械设备等生产条件本质安全的措施。
防止事故发生的安全技术措施是指为了防止事故发生，采取的约束、限制能量或危险物质，防止其意外释放的安全技术措施。
常用的防止事故发生的安全技术措施有：①消除危险源。
②限制能量或危险物质。
③隔离。
④故障——安全设计。
⑤减少故障和失误。
留设防隔水煤（岩）柱是目前最经济、最安全、效果最好、操作最简单、最常用的一种防治水安全技术措施，留好防隔水煤（岩）柱对保障矿井安全具有十分重要的意义，由于对防水煤柱的留设认识不足和管理不到位等多种原因导致的水害事故，是有着深刻的教训的，这里举2个峰峰集团的例子。
事例一：一矿奥灰突水淹井及损失情况：1960年6月4日一矿1532野青工作面，因接近断层，防水煤柱留设不足，加之采掘破坏，导致断层下盘奥灰强含水层突出，突水量达150m3/min，致使一矿淹井，造成停产9年零5个月，仅堵排水费用高达1660.22万元，损失极为严重。
事例二：孙庄矿奥灰突水淹井及损失情况：1996年11月24日23时40分，因峰峰矿区界城镇北界城小煤矿非法越层越界开采孙庄矿井田边界F6断层防水煤柱，引发断层下盘奥灰强含水层突出，突水量达150m3/min，造成孙庄矿淹井，停产1年零8个月，直接经济损失2.24亿元。
之所以介绍这2个例子无非是提醒在座的各位，从理念上提高对留设防水煤柱安全重要性和巨大经济价值以及对矿井安全的巨大危害的认识程度，提升安全警觉性，做好矿井防治水工作，确保矿井安全正常运转。
下面我就给大家讲一讲防隔水煤（岩）柱的有关问题。
1、防隔水煤（岩）柱的概念在受水害威胁的地段，预留一定宽度和高度的煤层不采，使工作面和水体保持一定的距离，以防止地下水溃人工作面，这部分不采的煤层称为防隔水煤（岩）柱。
2、防隔水煤（岩）柱的类型防隔水煤（岩）柱分为：冲积层防隔水煤（岩）柱，地表水体防隔水煤（岩）柱，煤层露头防隔水煤（岩）柱，水淹区和老空积水区防隔水煤（岩）柱，相邻井田边界防隔水煤（岩）柱、上下水平，相邻采区或相邻工作面防隔水煤（岩）柱，断层防隔水煤（岩）柱，陷落柱防隔水煤（岩）柱、封闭不良钻孔防水隔离煤柱等。
防隔水煤(岩)柱留设
水城县XXXX煤矿防隔水煤（岩）柱留设二0一二年一月五日根据《老地沟煤矿安全专篇》防治水方面要求中的以下规定：一、矿井开拓、开采所采取的安全保证措施：一）开拓井、巷位置及层位的确定1、由于井口及工业场地位于矿界西南矿井边界附近的地势较为平缓的坡地上，新建开拓系统。
2、根据贵州省安全生产监督管理局、贵州煤矿安全监察局、贵州省煤炭管理局文件(黔安监管办字【2007】345号“关于加强煤矿建设项目煤与瓦斯突出防治工作的意见”，老地沟煤矿在该文件划定的煤与瓦斯突出区域内。
该矿准采标高范围内共有7层可采煤层，煤层编号从上往下依次为M15、M18、M20、M23、M25、 M30、M40，均没有作煤与瓦斯突出危险性鉴定，根据《矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018－2006）》标准，采用分源预测法对矿井瓦斯涌出量进行预测，煤层瓦斯压力依次为 4.27MPa、3.4MPa、3.45MPa、3.46MPa、3.04MPa、2.55MPa、2.1MPa，煤层瓦斯含量依次为15.2m³/t、13.7m ³/t、14.2m³/t、12.8m³/t、13m³/t、12.1m³/t、11.1m³/t，煤层瓦斯压力均大于0.74 MPa，煤层瓦斯含量均大于8.0m³/t，煤层瓦斯压力和含量均处于煤与瓦斯突出临界值以上，本次设计按突出煤层进行设计和管理，因此，矿井主要开拓巷道不能布置在煤层中，只能布置在煤层顶板或煤层底板中，根据矿井实际情况，主、副斜井和回风斜井布置在M23煤层底板岩石中。
二）采掘工程所采取的防治水措施1、必须密切观察矿井内的淋水、涌水情况，必须坚持“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采”的原则，同时必须坚持“有疑必停”的原则。
2、定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下对照图及采掘工程图上标出其位置、开采范围、积水情况、探水红线等。
煤矿防治水规定及煤柱留设方法
煤矿防治水规定第一章总则第一条为加强煤矿的防治水工作，防止和减少水害事故，保障煤矿职工生命安全，根据《安全生产法》、《矿山安全法》、《国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定》等法律、行政法规，制定本规定。
第二条煤矿企业（矿井）、有关单位的防治水工作，适用本规定。
现行煤矿安全规程、规范、标准等有关防治水的内容与本规定不一致的，依照本规定执行。
第三条防治水工作应当坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的原则，采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施。
第四条煤矿企业、矿井的主要负责人（含法定代表人、实际控制人，下同）是本单位防治水工作的第一责任人，总工程师（技术负责人，下同）具体负责防治水的技术管理工作。
第五条煤矿企业、矿井应当按照本单位的水害情况，配备满足工作需要的防治水专业技术人员，配齐专用探放水设备，建立专门的探放水作业队伍。
水文地质条件复杂、极复杂的煤矿企业、矿井，除符合本条第一款规定外，还应当设立专门的防治水机构。
第六条煤矿企业、矿井应当建立健全水害防治岗位责任制、水害防治技术管理制度、水害预测预报制度和水害隐患排查治理制度。
第七条煤矿企业、矿井应当编制本单位的防治水中长期规划和年度计划，并组织实施。
第八条煤矿企业、矿井的井田范围内及周边区域水文地质条件不清楚的，应当采取有效措施，查明水害情况。
在水害情况查明前，严禁进行采掘活动。
发现矿井有透水征兆时，应当立即停止受水害威胁区域内的采掘作业，撤出作业人员到安全地点，采取有效安全措施，分析查找透水原因。
第九条煤矿企业、矿井应当对职工进行防治水知识的教育和培训，保证职工具备必要的防治水知识，提高防治水工作的技能和抵御水灾的能力。
第十条煤矿企业、矿井应当加强防治水技术研究和科技攻关，推广使用防治水的新技术、新装备和新工艺，提高防治水工作的科技水平。
水文地质条件复杂、极复杂的煤矿企业、矿井，应当装备必要的防治水抢险救灾设备。
第二章矿井水文地质类型划分及基础资料第一节矿井水文地质类型划分第十一条根据矿井受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度，矿井水文地质类型划分为简单、中等、复杂、极复杂等4种（见表2-1）。
防隔水煤(岩)柱的留设
α—断层倾角；Ha—断层安全防隔水岩柱的宽度； L—防隔水煤（岩）柱宽度
防隔水煤（岩）柱的留设
第二部分
防隔水煤（岩）柱的留设和计算
概 述
防隔水煤（岩）柱的留设和计算方法主要有四种。 一是经验类比法，参照工程地质和水文地质条件相似矿井安全采 掘的防隔水煤（岩）柱尺寸，作为本矿区开采防隔水煤（岩）柱
的留设依据；
二是利用理论公式进行计算，如匈牙利的埃斯茨公式和查姆保公 式等； 三是依据《煤矿防治水规定》中的传统方法留设； 四是利用数值法计算或相似模拟试验确定防隔水煤（岩）柱的合
理尺寸。
一、煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设和计算
煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按公式（17-1）和 （17-2）计算。 煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时： Hf= Hk+Hb Hf=HL+Hb （17-1） （17-2） 煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图17-1）：
式中 Hf——防隔水煤（岩）柱高度，m；
17-7a所示，顺层防隔水煤柱的宽度按下式计算（但不得
小于20 m）：
hc L L2 L1 H h tg
2 a 2 c
（17-10）
四、煤层位于含水层上方且断层导水和不导水时防隔水 煤（岩）柱的留设和计算
对于图17-7b所示情形，防隔水煤柱的宽度按下式计算
（但不得小于20 m）：
三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防 隔水煤（岩）柱的留设和计算
煤层与强含水层或导水断层接触，并局部被覆盖时（图17-3）， 防隔水煤（岩）柱的留设要求如下：
图17-3 煤层与强含水层或导水断层接触时防隔水煤（岩）柱留设图 L—防隔水煤（岩）柱宽度；L1、L2、L3—防隔水煤(岩)柱各分段宽 度；HL—导水裂缝带高度；Ha—断层安全防隔水岩柱的宽度；θ—
第7章 防水煤柱的留设
3. 在水淹区下或老窑积水区下同一煤层中进行开采时，若水
淹区或老窑积水区的界线已基本查明，隔水煤柱的尺寸应 按：
（五）保护地表水体，防水煤柱的留设：
第7章 防（隔）水煤柱的留设
一、防水煤柱的概念
二、防水煤柱的种类
三、防水煤柱留设的原则
留设防水煤柱应结合当地地质构造、水文条件等。 开采方式、巷道布局与防水煤柱应相适应。
多煤层地区煤柱统一考虑。
防水煤柱须伴有隔水层。
四、防水煤柱留设的方法及计算
（一）煤层露头部位防水煤柱的留设：
覆岩破坏分带示意图
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（二）含水或导水断层防水煤柱的留设：
（三）在煤层位于含水层上方，断层又导水的情况下，防 水煤柱的留设：
Ha---导水裂隙带至含水层间防水岩柱的厚度
Ha---导水裂隙带至含水层间防水岩柱的厚度
（四）在水淹区或老窑积水区下采时，防水煤柱的留设： 1. 巷道在水淹区下或老窑积水区下掘进时，巷道与水体之间
（六）相邻矿井边界隔水煤柱的留设：
7.3防水煤柱留设
7.3防水煤柱留设7.3.1断层防水煤柱留设因本矿井3号煤层开采时断层、陷落柱是奥陶灰突水的重要通道。
因此，必须对导水断层留设防水煤柱，防水煤柱的留设方法可依据《煤矿防治水规定》附录三的公式计算，本矿区含水或导水断层防隔水煤柱的留设方案如下：由于本井内没有发现较大的断层，因此，本报告只考虑小断层的煤柱留设情况。
当断层落差小于隔水层厚度（取3号煤层的99.09m ）时，含水或导水断层防隔水煤柱的留设参照经验公式计算： L=0.5KM P3K P ≥20m (7-1) H a =ST P +10,L= αsin a H ≥20m (7-2) 式中：L —防隔水层煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —煤层厚度或采高，m ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；H a —导水裂隙带至含水层防水岩柱的厚度，m ；α—断层倾角，（°）经以上公式（7-1）和（7-2）计算，所得结果取较大值为留设的防水煤柱宽度。
今后如在地质勘探和采掘活动后，发现有新的断层，矿方应按照以上计算方法自行计算断层防水煤柱的宽度；对落差小于5m的断层应在探明去其导水性后，再确定是否留设防水煤柱或采取注浆加固措施。
7.3.2陷落柱保护煤柱留设目前本矿井内尚未发现陷落柱，但不排除存在隐伏陷落柱的可能。
陷落柱是奥灰突水的主要通道，为防止陷落柱突水事故，确保矿井安全生产，对导水陷落柱必须留设防水煤柱。
现分述如下：①导水陷落柱对于一些导水陷落柱，如果所处的位置对回采影响不大，可以只留设保护煤柱而不封堵。
这类落陷柱突水隐患很大，留设防水煤柱时一定要考虑其特征，做到万无一失。
首先，必须查明有无与陷落柱连通的导水断层。
如果存在断层，即使断层距很小，也会作为突水通道将陷落柱内的水导入矿井，从而导致断层突水事态扩大。
即使没有人为干扰的情况，突水通道也会在高压水作用下发生冲刷或扩容，随时有增大涌水、发生灾害的可能。
矿井防水煤柱的留设原则
矿井防水煤柱的留设原则首先是安全性方面的原则。
矿井防水煤柱的留设应符合以下原则：1.保持矿井的稳定性：防水煤柱的留设应使矿井的机构变得更加稳定，防止矿井涌水或塌陷事故的发生。
煤柱的留设应符合矿井的地质条件和矿井的工艺要求，确保矿井的稳定性。
2.保持煤柱的连续性：防水煤柱的留设应保持煤柱的连续性，避免出现煤柱断裂或变形的情况。
在留设防水煤柱时，应考虑到煤柱的厚度、强度和结构等因素，确保煤柱的连续性。
3.制定合理的留设方案：防水煤柱的留设应根据矿井的地质条件、煤层的厚度和倾角、矿井的开采方式等因素来制定合理的留设方案。
煤柱的留设应考虑到各种因素的综合影响，尽量使防水煤柱的留设达到最佳效果。
其次是经济性方面的原则。
矿井防水煤柱的留设也应考虑经济性，并尽可能减少投资和资源的浪费。
具体原则如下：1.寻找最佳位置：在制定煤柱留设方案时，应尽量选择能够达到防水和瓦斯抽采效果的最佳位置。
通过地质勘探和煤层预测，确定煤柱的留设位置，以便提高煤柱的效果，减少矿井涌水和瓦斯爆炸的风险。
2.综合考虑效益与成本：在制定煤柱留设方案时，应综合考虑煤柱的防水效果与投资成本之间的关系。
选择经济效益最大化的煤柱留设方案，既能保持矿井的安全性，又能减少投资和资源的浪费。
3.合理利用煤矿资源：在制定煤柱留设方案时，应根据矿井的煤炭资源储量和开采计划，合理利用煤矿资源。
煤柱的留设不能过度浪费煤炭资源，应根据矿井的实际情况，计算出合理的煤炭留设量。
总之，矿井防水煤柱的留设原则主要包括安全性和经济性两个方面。
在留设防水煤柱时，应充分考虑矿井的地质条件、煤层的特点和矿井的开采方式等因素，制定合理的留设方案。
同时，在保证矿井安全的前提下，也要尽量减少投资和资源的浪费，提高经济效益。
采场底板断层防水煤柱留设研究
采场底板断层防水煤柱留设研究本文针对采场底板断层防水煤柱留设问题进行了深入研究，采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，总结出采场底板断层防水煤柱留设的影响因素及其作用机理。
同时，本文结合具体案例分析了采场底板断层防水煤柱留设的应用实践，并探讨了可能的改进方案。
本研究对完善采场底板断层防水煤柱留设理论体系具有重要的科学意义，同时对提高矿井安全生产水平具有积极的推动作用。
矿井地下水控制是采矿工程中的重要环节，其中防水煤柱的留设是关键之一。
特别是采场底板断层防水煤柱留设，对矿井安全生产具有重要意义。
然而，针对采场底板断层防水煤柱留设的研究并不多，缺乏系统的理论和指导方法。
因此，本文开展采场底板断层防水煤柱留设的研究，旨在为其留设提供科学依据和改进空间。
前人对采场底板断层防水煤柱留设的研究主要集中在防水煤柱的合理宽度、断层位置与走向对防水煤柱留设的影响以及数值模拟方法的应用等方面。
然而，由于采场底板断层地质条件的复杂性和不确定性，防水煤柱留设仍存在一定的盲目性，缺乏对其影响因素及其作用机理的深入探讨。
本文采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，对采场底板断层防水煤柱留设展开研究。
通过理论分析建立防水煤柱留设的基本模型，明确影响因素及其作用机理；利用数值模拟方法对不同工况下的防水煤柱留设进行模拟，分析各因素对防水煤柱稳定性的影响；通过实验研究对理论分析和数值模拟结果进行验证和优化。
本文通过理论分析、数值模拟和实验研究，总结出采场底板断层防水煤柱留设的主要影响因素包括断层位置、走向、倾角、采场底板厚度、岩层力学性质及水文地质条件等。
同时，本文发现防水煤柱的稳定性受多种因素影响，单一因素的改变并不能有效提高防水煤柱的稳定性，需要综合考虑多因素进行优化设计。
对比分析显示，数值模拟方法在预测防水煤柱稳定性方面具有较高的准确性和可靠性，可以为实际工程应用提供有力支持。
本文结合具体案例分析了采场底板断层防水煤柱留设的应用实践。
断层防水煤岩柱留设
将两次计算结果进行比较，采用较大的数值。
• Ha的确定方法 方法1：根据矿井实际资料确定 方法2：用突水系数估算 方法3：用单位水压所需要的等值隔水层厚度(相对隔水层厚度)计算
当煤层倾角较大时，可用下式计算水平防水煤柱宽度：
• 式中 L——顺层防水煤柱宽度(m)； A——安全系数(一般取2～5)； M——煤层厚度或采高(m)； P——隔水层所承受的水压(MPa)； Kp——煤的抗张强度（MPa）。
当岩层与断层间夹角(与断层走向正交剖面上的锐角)较小时， 应考虑底板突水的可能性，并用底板防水岩柱厚度来校验：
L Ha
sin
返回
（三）煤层位于不导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设
1、含水层高于冒裂带时，煤(岩)柱的留设 2、含水层在冒裂带高度以内时，煤(岩)柱的留设 3、含水层低于煤层时，煤(岩)柱的留设
返回
1、含水层高于冒裂带时煤(岩)柱的留设
①δ＞θ时，
L (L2 L L1) L2 L1 (
H
2 a
h2
返回
1、含水层位于冒裂带上限附近时，煤(岩)柱的留设
含水层位于冒裂带上限附近时,断层防水煤柱的留设方法与“煤层位于 导水断层下盘时”相同。
含水层位于冒裂带上限附近时，煤(岩)柱的留设
2、含水层底面高于冒裂带高度时，煤(岩)柱的留设
L L1 L2 L3
H
2 a
h2
H ml
tg
H ml h
)
( Hml
tg
H ml
tg
)
h
tg
式中 h——含水层至冒裂带高度(m)。
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7.3防水煤柱留设7.3.1断层防水煤柱留设因本矿井3号煤层开采时断层、陷落柱是奥陶灰突水的重要通道。
因此，必须对导水断层留设防水煤柱，防水煤柱的留设方法可依据《煤矿防治水规定》附录三的公式计算，本矿区含水或导水断层防隔水煤柱的留设方案如下：由于本井内没有发现较大的断层，因此，本报告只考虑小断层的煤柱留设情况。
当断层落差小于隔水层厚度（取3号煤层的99.09m ）时，含水或导水断层防隔水煤柱的留设参照经验公式计算： L=0.5KM P3K P ≥20m (7-1) H a =ST P +10,L= αsin a H ≥20m (7-2) 式中：L —防隔水层煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —煤层厚度或采高，m ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；H a —导水裂隙带至含水层防水岩柱的厚度，m ；α—断层倾角，（°）经以上公式（7-1）和（7-2）计算，所得结果取较大值为留设的防水煤柱宽度。
今后如在地质勘探和采掘活动后，发现有新的断层，矿方应按照以上计算方法自行计算断层防水煤柱的宽度；对落差小于5m的断层应在探明去其导水性后，再确定是否留设防水煤柱或采取注浆加固措施。
7.3.2陷落柱保护煤柱留设目前本矿井内尚未发现陷落柱，但不排除存在隐伏陷落柱的可能。
陷落柱是奥灰突水的主要通道，为防止陷落柱突水事故，确保矿井安全生产，对导水陷落柱必须留设防水煤柱。
现分述如下：①导水陷落柱对于一些导水陷落柱，如果所处的位置对回采影响不大，可以只留设保护煤柱而不封堵。
这类落陷柱突水隐患很大，留设防水煤柱时一定要考虑其特征，做到万无一失。
首先，必须查明有无与陷落柱连通的导水断层。
如果存在断层，即使断层距很小，也会作为突水通道将陷落柱内的水导入矿井，从而导致断层突水事态扩大。
即使没有人为干扰的情况，突水通道也会在高压水作用下发生冲刷或扩容，随时有增大涌水、发生灾害的可能。
因此，必须圈定陷落柱的突水边界。
陷落柱的边界不等于突水边界，因为陷落柱在坍塌过程中或坍塌后的重力作用下，在柱体周围的脆性煤、岩层中形成大量的张裂隙，这些裂隙将成为良好的突水通道。
一些陷落柱甚至内部完全充水不导水，而断层小裂隙发育的陷落柱周边环带反而成为导水的主要通道。
因此，确定陷落柱的出水边界，必须考虑周边裂隙的发育带，将其划在突水边界内。
突水边界确定以后，可将突水边界视为一个断层面，参照《煤矿防治水规定》有关导水断层防水煤柱的留设方法比照计算。
计算陷落柱的防水煤岩柱用下面的公式： L=0.5KM P 3K P(7-3)式中，L —防隔水煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —水头压力，Mpa ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；②不导水陷落柱不导水陷落柱可分为两种类型，一种是陷落柱基底的灰岩不含水或含水不丰富，陷落柱无水可导；第二种是陷落柱局部挤压变形形成隔水层，从而使陷落柱无法导水。
对于第一种类型的陷落柱，可以不留设防水煤柱。
对于第二种，尤其是曾经有过陷落柱导水的矿区出现的不到水陷落柱，如果不留设防水煤柱而强行通过，在采动应力的作用下隔水层可能受到破坏而出现突水现象。
7.4掘进巷道防治水工作武甲煤矿3号煤层为全井田带压开采。
因此巷道掘进也为带压作业，对巷道掘进的防治水工作也应当加强。
掘进过程中应严格按照《煤矿防治水规定》的要求执行，本着“有疑必探、先探后掘”的原则，做好超前物探和超前钻探工作。
（1）超前物探在巷道掘进过程中，巷道前方如果发现或揭露断层，且断层导含水性存在一定的不确定性，断层确切位置可能与已有的资料不符，其突水存在不可预知性，所以必须进行掘进头超前探查工作。
带高压掘进应将超前探测作为日常防治水的重要内容，超前探的主要方法有：直流电法、瞬变电磁技术、地质雷达。
掘进头超前物探主要采用井下直流电法进行超前探，可探测80m,安全掘进50m。
这一方法在煤巷中使用效果较好，因为煤为高阻介质，在有含水构造时介质的电阻差异很大，易于发现异常；而在砂、泥岩中使用效果不好，原因是砂、泥岩为低阻层，其内的含水构造电性差异小。
主要用于超前探测矿井含水构造（包括陷落柱）、含水层、老空积水层。
瞬变电磁技术利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。
地质雷达是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波，电磁波在介质中传播，当遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面等时，电进波便发生反射，根据接收到的雷达波形、强度、双程时频等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。
这是一种非破坏性的探测技术，并具有较高的探测精度和分辨率。
可超前探测30m范围内的断层、陷落柱、含水带等地质构造异体。
（2）掘进探放水工作带压掘进过程中，在水文地质异常地段，如断裂富水带、向斜轴部富水区及老空水等，都要进行超前钻探。
打探查孔或探放水，具体时间安排应根据掘进工作实际进度与现场需要来确定。
探放方法要按照《煤矿安全规程》和《煤矿防水治水规定》进行。
井田总体为一向东倾斜的单斜构造，在此基础上发育次一级的背向斜褶曲构造，地层倾角2°-6°。
断裂不发育，仅井田北部边缘发育一小型正断层（落差5-15m）,掘进靠近断层时，必须进行探放水工作。
1）探放水钻孔布置应遵循下列规定：①探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探放水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。
钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各钻孔的垂距不得超过1.5m；②探放构造水和岩溶水等时，探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。
底板方向的钻孔不得少于2个；③煤层内，原则上禁止探放水压高于1MPa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。
如确实需要的，可以先建筑防水闸墙，并在闸墙外向内探放水；④上山探水时，一般进行双巷掘进，其中一条超前探水和汇水，另一条用来安全撤人。
双巷间每隔30～50m掘1个联络巷，并设挡水墙；⑤井下探放水应当使用专用的探放水钻机，严禁使用煤电钻探放水。
⑥钻机安装、孔径、超前距离和止水套管长度必须满足《煤矿防治水规定》第九十六条至第九十九条的规定。
2）探水钻孔的布置布置原则：①“有掘必探”，不可盲目自信造成漏探；②“先探后掘”，保证掘进安全掘进；③“经济有效”，在满足上述勘探原则的基础上，提高工程进度，减少探水工作量。
超前距、允许掘进距离、帮距和钻孔间距的确定：①超前距探放老空水的过程中，一般情况下从探放水线起钻，超前探查孔一次性揭露老空水的情况很少，根据以往经验，探查老空水试探水—掘进—探水循环进行的过程；而钻探的终孔位置应该始终保持超前掘进头一段安全距离，该距离称为超前距。
超前距的选择与煤层厚度、老空水压力以及煤层强度有关，根据各地探放老空水经验，结合本矿实际情况探放老空水的工程应该保持30m以上的超前距。
②允许掘进距离经探水后，证实无水害威胁，可以安全掘进的长度称为允许掘进距离，允许掘进距离主要决定于探水范围（即探水孔终孔位置）和超前距。
③帮距为使巷道两帮与可能存在的老空积水间保持一定的安全距离，即扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道侧帮之间的距离。
帮距的取值一般情况下与超前距相同。
④钻孔间距指允许掘进距离的终点横剖面上，探水孔之间的距离。
一般情况下该值不得超过3m，以防漏掉老空巷道。
钻孔布置方式见图7-5。
图7-5 探水钻孔超前距、帮距、密度和允许掘进距离示意图在探放的过程中，涌出的地下水需作水质分析、环境同位素测试，以确定来水水源。
如果涌水水量达到200m3,则需要配合水文地质观测，观测方法可参照多孔放水试验的观测方法。
进一步了解水文地质参数，做到“物探、水质与同位素分析、水文地质观测”同步进行。
（3）超前注浆封堵经物探和钻探查明存在构造（如断层、陷落柱）且富水性较好，通过探放水仍无法通过时，应采取超前注浆对其进行封堵，待形成帷幕且钻探验证安全后再进行掘进。
超前注浆工程必须有专门的工程设计方案。
包括注浆层位、注浆孔的布置、注浆方法、注浆系统和注浆工艺等。
7.5工作面防治水工程7.5.1工作面布置及要求开采技术是预防水害实现安全采煤的措施之一，大量开采实践和研究结果表明，煤层底板破坏与工作面的规模，开采顺序有一定的关系。
根据采动矿山压力对底板突水试验与研究，针对预防煤矿水害的开采技术有下列几方面：（1）控制工作面规模：对于当保护层薄强度不够或构造裂隙发育时，可采用大面改小面，适当缩短工作面斜长以减少破坏深度，降低矿井突水的风险。
据初步设计资料工作面长度定为150m。
一般情况下，在无构造地段，工作面回采时在正常地段不会受底板奥灰水的威胁。
因此，将3号煤层的工作面倾斜长度定为150m是合理的，但是根据三维地震勘探资料，采区可能存在隐伏的断层和陷落柱，今后矿方在布置工作面时，长度应尽量小于150m，以减小矿井突水风险。
（2）调整工作面布置：工作面布置应尽量避免在断层带附近和其平行，以降低因矿压作用引起的采面周边剪切带与断层断裂带叠加可能造成工作面突水的概率。
（3）顶板控制：当顶板坚硬不易冒落面形成悬顶跨距过大时，则应人工放顶，减少悬顶面积，降低初次来压强度，应根据相似矿井长期的开采实践和现场测定结果制定相应的控制措施，控制初次来压步距小于10～15m，最好不大于20m。
（4）协调开采顺序：如采区接替分层开采，因采取间歇式开采，避免矿压集中作用和底板在非稳定情况下叠加破坏，一般间歇时间至少保持3～6个月。
（5）底板薄弱带预注浆加固：对有原始导高大的区域、断裂带异常导水带、导水陷落柱等应预先进行注浆封堵加固，增加隔水层阻抗强度，防治底板突水。
此外，应加强分区隔离，一旦发生较大的奥灰突水，把灾害控制到最小。
7.5.2综合物探（1）物探方法选择①探测目的：3号煤及底板隔水层构造；采掘前方及底板富水区段；奥灰水原始导高。
②物探方法的特征：对构造敏感；对富水区段敏感；针对性、有效性、可靠性。
③原则：以井下物探为主，地面物探为辅；一种物探方法为主，其它物探为辅，尽量消减物探解译多解性的不足；适合采区地质、水文地质条件特征。
（2）物探方法图7-6 物探方法及作用井田尚无覆盖全井田物探资料，采掘过程中要加强井下物探工作，带压开采工作面的探测工作应在危险地段如断层、陷落柱水文异常区等地段加强井下超前探测。
常用有效的物探方法有：（1）瞬变电磁侧向探测；（2）无线电波坑道透视等。
7.5.3井下探放水工程工作面探放水工程应在下列情况下进行：①巷道接近落差较大的断层时；②接近勘探阶段遗留的钻孔时；③接近岩溶落陷柱时；④接近其他富水区时；利用综合物探手段对导水构造的具体位置、形态进行更为准确的探测和导水评价可少的工作，由于物探具有多解性的特点，钻探验证不可缺少。